3.2 数控车削加工工艺分析
数控车削加工工艺分析的主要内容有分析零件图，确定工件的装夹方式、各表面的加工顺序、刀具的进给路线以及刀具和切削用量的选择等。
3.2.1 零件图工艺分析
分析零件图是工艺制订中的首要工作，包括结构工艺性分析、轮廓几何要素分析和精度及技术要求分析等三个方面的内容。
1.结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成形。例如：尽可能减少刀具数量，以减少换刀时间并且可以少占用刀架刀位。
2.轮廓几何要素分析 在分析零件图时，要分析几何元素的约束条件是否充分，例如每个节点的坐标能否算出。
3.精度及技术要求分析
（1）精度要求与各项技术要求是否齐全、合理。
（2）本工序车削精度是否达到零件图要求，并给其他工序留有余量。
（3）较高位置精度的表面应在一次装夹中完成。
（4）表面粗糙度要求较高的表面应确定恒线速切削。
3.2.2 工序的划分
在数控车床上加工零件应按工序集中的原则划分工序。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面、内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。通常用下列两种方法划分工序：
1.按零件加工表面划分 将位置精度要求较高的表面安排在一次装夹下完成，以免多次装夹产生的安装误差影响位置精度。轴承内圈的加工方案如图3-1所示，其内孔对小端面的垂直度、滚道和大挡边对内孔回转中心的角度差以及滚道与内孔间的壁厚差均有严格的要求，精加工时划分成两道工序完成。第一道工序采用图3-1a所示的大端面和大外径装夹的方案，将滚道、小端面及内孔等在一次装夹下车削，这很容易保证要求的位置精度。第二道工序采用图3-1b所示的内孔和小端面装夹的方案，车削大外圆和大端面。两道工序满足互为基准的原则。
2.按粗、精加工划分 对于毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。粗车安排在精度较低、功率较大的数控车床上，精车安排在精度较高的数控车床上。这样的工序划分能很好地反映工序特点，即以满足加工质量为主还是以快速去除余量为主。
3.2.3 工件的装夹
工件装夹应定位准确、牢固可靠、方便高效。数控车床上装夹工件的方法有以下几种：
1.三爪自动定心卡盘装夹 三爪自动定心卡盘是数控车床最常用的夹具。其特点是装夹方便、自动定心精度高，适用于装夹外形规则的中、小型工件，不适用于同轴度要求较高工件的二次装夹。注意：当用三爪自动定心卡盘装夹已精加工表面时，在夹持部位应包一层铜皮，以免夹伤工件表面。
2.卡盘和顶尖装夹 当工件质量较大或工件较长时，可采用一端卡盘夹紧、另一端顶尖支撑的装夹方法。由于夹持部分的长度尺寸不大，为了防止工件在切削力下产生轴向位移，可在卡盘内装一个限位支撑。
3.顶尖装夹 当工件的长度尺寸较大或加工工序较多时，为了保证每次装夹时的位置精度，可用两顶尖装夹。
3.2.4 加工顺序的确定原则
1.先粗后精原则 指按照粗车、半精车、精车的顺序进行加工，逐步提高加工精度。粗车可在较短的时间内将工件表面上的大部分余量去除，一方面可提高金属切除率，另一方面可满足精度的余量均匀性要求。若粗车后所留余量不能满足精加工要求，应安排半精车为精车做准备。
2.先近后远原则 指按加工部位相对于对刀点的距离大小进行加工。一般先加工离对刀点较近的表面，后加工离对刀点较远的表面，以减少空行程的时间。
3.先内后外原则 对于有内孔和外圆表面的零件，应先加工内孔，后加工外圆。这是因为内表面加工散热条件较差，为了防止热变形对加工精度的影响，应先加工。
4.基面先行原则 指先加工用于精加工基准的表面，以减小后续工序的装夹误差。
3.2.5 进给路线的确定
进给路线是指刀具从起刀点开始直到加工程序结束所经过的全部路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削行程。确定进给路线主要在于确定粗加工进给路线及空行程路线，精加工的进给路线基本上都是沿零件轮廓顺序进行的。最短进给路线的类型及实现方法如下。
1.最短空行程路线其实现途径有以下三种。
（1）选择合适的起刀点：如图3-2a所示，若将起刀点设定为与对刀点重合，则刀具加工路线为ABCDA、AEFGA、AHI-JA。如图3-2b所示，若将起刀点与对刀点分离，其进给路线为AB、BCDEB、BFGHB、BI-JKB、BA。显然，选择图3-2b所示的起刀点更合适。
（2）合理安排“回零”路线：在安排“回零”路线时，应使前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减小甚至为零，这样就可以满足进给路线最短的要求。另外，在不发生加工干涉现象的前提下，尽量采用X、Z坐标轴双向同时“回零”指令。该指令实现的“回零”路线将是最短的。(www.daowen.com)
2.最短切削进给路线最短切削进给路线可有效地提高生产效率、降低刀具的损耗。由图3-3所示的几种粗车进给路线可知，其中的矩形循环进给路线的进给长度总和最小，因此同等条件下其所需切削时间最短、刀具的损耗最少。
3.大余量毛坯的阶梯切削进给路线由图3-4所示的进给路线可知，采用图3-4b所示的加工路线在切削后所留余量较小。
3.2.6 刀具的选择
刀具的选择原则是安装调试方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
1.车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金刀片和涂层硬质合金刀片。
2.数控车刀的类型按刀片和刀体连接方式的不同，车刀可分为整体式、焊接式、机械夹固式、可转位式等。
（1）焊接式车刀：将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上。这种车刀结构简单、制造方便、刚性较好。根据工件加工表面及用途不同，焊接式车刀可分为切断刀、外圆车刀、内孔车刀、端面车刀、螺纹车刀以及成形车刀等，如图3-5所示。
（2）机夹式可转位车刀：将硬质合金刀片用机械方法装夹固定在刀体上，如图3-6所示。刀片每个边都有切削刃，当某一切削刃磨钝后只要松开夹紧装置，将刀片转换一个新刃口即可继续使用。
3.2.7 切削用量的选择
1.切削用量的选择原则切削用量的选择是否合理，对于实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。
（1）粗车时，一般以提高生产效率为主，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f，最后确定一个合适的切削进度vc。
（2）精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀。因此，选择较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能好的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度vc。
2.背吃刀量ap的确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数、提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少许精加工余量，一般为0.2～0.5mm。
3.进给速度vf的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度、表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则如下：
（1）当工件的加工质量要求能够得到保证时，为了提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100～200mm/min内选取。
（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时宜选择较低的进给速度，一般在20～50 mm/min内选取。
（3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选得小一些，一般在20～50 mm/min内选取。
（4）当刀具空行程运动，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统设定的最高进给速度。
4.主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。主轴转速n的确定分光车外圆和车螺纹两种情况。
（1）光车外圆时的主轴转速：应根据零件被加工部位的直径和零件、刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在切削速度vc确定后，主轴转速n（r/min）用下列公式计算：
n=1 000vc/（πd） （3-1）
式中，d为零件毛坯的直径（mm）。
（2）车螺纹时主轴的转速：一般数控车床车削螺纹时，主轴转速n（r/min）可由下列公式计算：
n≤1200/p-k （3-2）
式中，p为螺纹的螺距（mm）；k为保险系数，一般取80。
切削用量的具体数值应根据机床性能、相关手册并结合实际经验用模拟方法确定。同时，主轴转速、背吃刀量及进给速度三者相互适应，以形成最佳切削用量。数控车削用量推荐值见表3-1。
表3-1 数控车削用量推荐值
续表
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
